伺服驅(qū)動器選型要求是什么？伺服驅(qū)動和電機系統(tǒng)入門選型介紹,！

伺服控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各類機械設(shè)備上,，那么伺服驅(qū)動器的基本要求有哪些？我們在選型的時候要著重考量哪幾點,？

1,、調(diào)速范圍寬

2、定位精度高

3,、有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性

4,、快速響應(yīng)，無超調(diào)（為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量,，除了要求有較高的定位精度外,，伺服電機伺服驅(qū)動器還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快,，因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動,，制動時，要求加,，減速度足夠大,，縮短進給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差）

5、低速大轉(zhuǎn)矩,，過載能力強（一般來說,，性能優(yōu)越的伺服驅(qū)動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內(nèi)1.5倍以上的過載能力,，在短時間內(nèi)可以過載4～6倍而不損壞）

6、可靠性高（要求數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高,，工作穩(wěn)定性好,，具有較強的溫度，濕度,，振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強的抗干擾的能力）

綜上所述,，以上這6點伺服控制系統(tǒng)要求，便是伺服驅(qū)動器選型時的重要考量因素,。

伺服驅(qū)動和電機系統(tǒng)的選型和選擇入門

伺服驅(qū)動的選型需要一個系統(tǒng)性的解決方案,。換言之，是一個需要考慮整體機械,，電氣和編程參數(shù)的整體方法。該系統(tǒng)包括確定機械負載,、運動曲線（包括定位要求）,，伺服電機特性，以及電機和其他組件所處環(huán)境,；特別是當(dāng)電機以接近恒定的速度運行時,，對成品、物料和/或加工過程自身所產(chǎn)生影響,。

為機器設(shè)計選擇伺服電機系統(tǒng),，首先要了解構(gòu)成伺服電機或伺服驅(qū)動系統(tǒng)的組件。伺服系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng),，用于控制某些所需的運動,，它們包括一個反饋裝置，可在電機和驅(qū)動器之間提供恒定信息,，以精確控制被驅(qū)動機構(gòu)的位置,、速度和轉(zhuǎn)矩。

通常,，伺服設(shè)計是高動態(tài)系統(tǒng),，涉及帶動負載快速的加速和減速。它們在四個象限中運行,，這意味著它們可以控制轉(zhuǎn)矩和速度,，無論是正還是負。

伺服驅(qū)動的選型需要一個系統(tǒng)性的解決方案,。換言之,，是一個需要考慮整體機械，電氣和編程參數(shù)的整體方法,。該系統(tǒng)包括確定機械負載,、運動曲線（包括定位要求）,，伺服電機特性，以及電機和其他組件所處環(huán)境,；特別是當(dāng)電機以接近恒定的速度運行時,，對成品、物料和/或加工過程自身所產(chǎn)生影響,。

機械負載和運動曲線參數(shù)

讓我們從理解機械負載和運動要求的含義開始,。基礎(chǔ)牛頓物理學(xué)斷言：力（或旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)矩）與質(zhì)量（旋轉(zhuǎn)慣性）乘以加速度成正比,，無論加速度是正還是負,。在運動設(shè)計的背景下，機器構(gòu)造具有其自身的質(zhì)量和所承載負載的質(zhì)量,。

因此,，確定機械部件很重要——特別是運動質(zhì)量和所需的運動曲線。將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的辦法千差萬別,，并受精度,、負載、運動動力學(xué)和環(huán)境等因素影響,。

一旦了解了所使用的機制,，理解運動動力學(xué)對確定最佳伺服電機解決方案來說非常重要。運動曲線不僅包括從一點到另外一點的運動,，而且還包括在這一運動中可能運用的功能,，比如與部件加工相關(guān)的推力。加速,，勻速和減速,，以及停留和暫停時間，都包括在系統(tǒng)的整體運動曲線中,。分度移動可能是簡單的三角運動,，可變梯形或1/3-1/3-1/3（與RMS轉(zhuǎn)矩相關(guān)的最高效運動）。

很多廠商提供選型和選擇工具,，以幫助用戶根據(jù)應(yīng)用的運動要求構(gòu)建運動配置文件,。大部分軟件工具，比如科爾摩根的Motioneering平臺提供多種運動描述方式,，可以協(xié)助您計算加速度,、運動時間、距離,、速度和停留時間,。圖1顯示了基本的1/3-1/3-1/3曲線，引入了50%的加加速度以平滑加速度,。在本例中,，我們選擇在1秒中移動8英寸,，并使用50%的加加速度和2秒的停留時間。系統(tǒng)根據(jù)加速時間的1/3,，勻速的1/3,，以及減速度的1/3來計算運動。使用工具計算出的最大速度為720in/min,?？梢钥吹健癝”曲線輪廓（基于50%的加速度）。此外,，對于該運動,，可以看到在運動橫向部分應(yīng)用了推力負載（紅線）——這種運動曲線可能是正在進行加工。停留時間也可以看到為3秒,。停留部分非常重要,，因為所有與該曲線相關(guān)的參數(shù)將被用來計算RMS轉(zhuǎn)矩，它將是我們用來選擇正確電機的一個度量,。除了運動曲線外,，理解負載在分辨率、精度和重復(fù)性的實際定位要求也很重要,。這將受到反饋裝置選擇和（更顯著地）以間隙和柔量形式的機械配件空動量的直接影響。

除非設(shè)計可以使用直驅(qū)動電機解決方案,，否則它將包括某些類型的機械傳動,。旋轉(zhuǎn)變線性的動力傳動（將旋轉(zhuǎn)電機輸出轉(zhuǎn)換成軸行程）可通過皮帶輪驅(qū)動，或基于螺桿的機構(gòu)完成,，比如滾珠絲杠,。旋轉(zhuǎn)傳動包括齒輪箱或皮帶驅(qū)動組件，以便使用各種尺寸的滑輪作為減速器,。在某些應(yīng)用中,，被移動的部件對總運動質(zhì)量具有顯著貢獻。一種特殊情況就是機器軸必須移動變化的質(zhì)量——比如在機器人系統(tǒng)的分配或加工過程中,。其中總負載變化可能是調(diào)整伺服驅(qū)動的一個因素,。

運動中的組件必須將其慣量求和并反射回電機軸，除慣量外,，還必須考慮外力,、摩擦和低效率問題。

伺服設(shè)計的環(huán)境考慮因素

這還沒有結(jié)束,。在確定伺服設(shè)計時,，只有某些可用的機構(gòu)才能經(jīng)濟高效地提供所需的運動、承載能力和精度,。經(jīng)常被忽視的一個考慮就是伺服系統(tǒng)運行所在的環(huán)境,。大多數(shù)伺服電機的額定工作溫度為40℃——這是一個非常溫暖的環(huán)境,，但在許多工廠和工業(yè)環(huán)境中都是典型的。

驅(qū)動電子器件的耐熱性不是很高,，并且由于它們的額定環(huán)境溫度也是40℃,，因此管理它們運行處的環(huán)境溫度成為一個挑戰(zhàn)。通常,，需要在控制柜內(nèi)采用強制冷卻方法,，以保持適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件（溫度和濕度）。因此,，必須考慮電機和驅(qū)動器所在的位置,。當(dāng)然，可以將電機直接安裝或集成到設(shè)備上,，以驅(qū)動承載負荷的機制,。相比之下，集中式方案中的驅(qū)動器位于控制柜內(nèi)——它通常需要獲得冷卻,。

制造商根據(jù)電機運行的環(huán)境條件來定義部分電機性能,。如上所述，許多設(shè)計人員假定電機的額定環(huán)境溫度為40℃,，但是偶爾提供的電機規(guī)格是25℃,。因此，在審查規(guī)格時要注意了解所公布的額定參考值,。如果機器運行的環(huán)境溫度超過額定環(huán)境溫度,，電機將無法達到額定功率。

其他環(huán)境條件可能會影響到電機油漆和密封件以及其他機械子組件,?；覊m，污垢,，潮濕,，噴霧沖洗，衛(wèi)生要求,，爆炸性環(huán)境,，真空環(huán)境以及輻射都需要特殊的伺服電機，具有針對當(dāng)前惡劣環(huán)境量身定制的物理特性,。

選擇過程

在確定所需要的電機/驅(qū)動器系統(tǒng)構(gòu)成時,，前期選型工作的很大一部分來自機械和環(huán)境。現(xiàn)在,，當(dāng)用戶選擇最終產(chǎn)品時,，必須考慮該系統(tǒng)所包含的其余系統(tǒng)組件。機械和環(huán)境將會繼續(xù)影響對于反饋元件,、布線以及最終選擇的控制架構(gòu),。

反饋考慮和伺服電機特性

根據(jù)定義,，伺服系統(tǒng)具有在運行過程中測量速度、位置和其他系統(tǒng)參數(shù)的反饋裝置,。制造商可能只有有限的選擇,，但是應(yīng)仔細考慮具體的應(yīng)用參數(shù)，包括沖擊負載和定位精度以及可重復(fù)性,，這至關(guān)重要,。旋轉(zhuǎn)變壓器往往在嚴(yán)苛環(huán)境下具有出色的性能，特別是對于較高的沖擊負荷,。旋轉(zhuǎn)變壓器是旋轉(zhuǎn)的變壓器,，包括定子和轉(zhuǎn)子部分圍繞內(nèi)核的纏繞線圈。相對于可能含有玻璃盤元件的編碼器,，這種結(jié)構(gòu)允許以更高的溫度運行,，并且對于高沖擊負載具有更高的耐受性。

正弦編碼器可以提供高分辨率,，高達24位以及更高,，以獲得最佳定位精度。一些混合編碼器可以通過更好的分辨能力來提供旋轉(zhuǎn)變壓器的穩(wěn)健性,。這些智能編碼器基于具有電子元件的旋轉(zhuǎn)變壓器,，可以解讀正弦和余弦信號，并將它們轉(zhuǎn)換成高分辨率的數(shù)字信號,，該信號將被傳遞給伺服驅(qū)動器,，以便用于速度和位置反饋。

目前,，最新的編碼器提供各種通信協(xié)議（EnDAT，BiSS和DSL）,，并提供高分辨率和低噪聲能力,，以幫助實現(xiàn)向伺服驅(qū)動器和控制器提供最佳反饋信號。

另外一個取決于應(yīng)用要求的反饋選擇就是需要絕對位置反饋還是增量反饋,。在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中,，一旦使用單圈設(shè)備完成360度旋轉(zhuǎn)，就可以從0開始計數(shù),。而多圈絕對編碼器可以讓系統(tǒng)知道它的位置,，不僅是電機在360度旋轉(zhuǎn)中的位置，而且知道在每個方向上它所完成的圈數(shù),。因此,，它知道自己的精確位置。知道這一點和工具及其他軸的位置非常重要,。另一方面,，簡單的增量編碼器可以確定在一個單圈旋轉(zhuǎn)中的位置,，但是只有在上電周期中找到零點之后。因此,，用戶將不知道完成了多少個周期,，甚至是在上電時在360度旋轉(zhuǎn)中的絕對位置。

除了伺服電機和伺服驅(qū)動器本身之外,，實際上二者之間的接線也很重要,。電纜柔韌性（通過其允許彎曲半徑加以定義）是一個主要考慮因素，特別是當(dāng)電纜與軸一起運動時,。

電纜長度可能受所考慮編碼器類型的限制,。阻抗，壓降等電纜參數(shù),，結(jié)合編碼器的信號強度是長度考慮方面的關(guān)鍵要素,。市場上提供的一些較新的設(shè)備以非常高的傳輸速率向驅(qū)動器（比如DSL，EnDat和BiSS）傳輸串行信息,，這些信息將會受到長度的影響,，特別是阻抗和信噪比。甚至連接器也在“反饋”循環(huán)中起作用,，因為連接器需要處理從這些設(shè)備生成的各種信號,。與電機功率相關(guān)的另外一個電纜長度要素與當(dāng)今PWM驅(qū)動器中涉及的高開關(guān)頻率相關(guān)。電機電源線中存在噪聲,，當(dāng)電纜變長并接近電纜上頻率波長的一半時,，將會形成一個天線。天線會發(fā)送或接收信息（在這種情況下產(chǎn)生噪聲）,，這是不應(yīng)該出現(xiàn)在高性能系統(tǒng)中的,。

最后一個參數(shù)：運動控制和網(wǎng)絡(luò)——集中式與分散式

最后一個考慮因素可能會造成整體設(shè)計過程重復(fù)（以及改變設(shè)計的其他指定組件）的一項考慮就是系統(tǒng)架構(gòu)。工程師必須要問：我應(yīng)當(dāng)專注于一種帶有驅(qū)動器,、控制器和支持電子器件,，并封裝在一個集中機柜內(nèi)的集中控制系統(tǒng)，還是將驅(qū)動器在機器上加以分散（一種分布式系統(tǒng)方法）才更加有利,，性價比更高,？具有多個軸（這些軸可能分散在機器各個位置）的機器，將是分布式解決方案的理想候選者,。這種方法可以大幅減少電纜需求,，節(jié)省長電纜的布線以及與這些電纜配套的電纜槽和支架相關(guān)的成本。此外,，將驅(qū)動器移出機器可以減小容納控制和支持電子組件所需機柜的尺寸,，從而再次降低成本，并降低機柜內(nèi)的冷卻要求。另一方面,，緊湊型并具有較少軸數(shù)的機器將不會受益于傳統(tǒng)集中式方法,。

結(jié)論

在針對應(yīng)用選型伺服系統(tǒng)時必須考慮許多事情，在本文中已經(jīng)介紹了其中的許多要素,。影響組件選擇的另一個選擇就控制系統(tǒng),。控制類型通常在機器設(shè)計討論的早期階段就已經(jīng)指定,，并取決于多種因素,，同時控制選擇通常鎖定現(xiàn)場總線通信標(biāo)準(zhǔn)的選擇。